СТАТИЧЕСКИЙ И КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ КЭ - МОДЕЛИ

COMITA AND AND CONSTRUCTIVE CREW СE - MODEL

Расчет конструкции покрытий выполнен численно в ППП “SCAD”, (линейная задача), который предоставляет в распоряжение проектировщиков полный набор инструментов для расчетов и анализа конструкций зданий любого размера и сложности.

На первом этапе КЭ-модель была рассчитана с начальными жесткостями: стержни приняты по типовой серия Кисловодск [3]. Расчетные и нормативные нагрузки: собственный вес кровли с прогонами, вес структуры с колоннами, ветровая и снеговая нагрузки.

К расчету в ппп SCAD принят 5 тип схемы (система общего вида). Конечно-элементная модель       (КЭ-модель)        каркаса      принята как пространственная шарнирно-стержневая. Колонны приняты в виде К.Э тип 5 (пространственный рамный стержень); канат принят в виде К.Э тип 10 (универсальный стержень). Сопряжение колонн с фундаментом – шарнирное, поэтому закрепляем опорные узлы колонн от линейных перемещений по направлениям X, Y, Z

Сопряжение ригелей и раскосов – шарнирное, устанавливаем шарниры в местах соединения относительно UY.

Нормативные нагрузки использованы для оценки перемещений узлов структуры в пролетах, и после их удовлетворения нормам был выполнен статический расчет на определении усилий от расчетных нагружений, и определены их сочетания, а также проверочный конструктивный расчет элементов на растяжение и на сжатие, а также их проверка на устойчивость и на прочность. КЭ-модель покрытия представлена на рис.1.

Рисунок 1 – КЭ модель покрытия

Сбор нагрузок осуществляется согласно СП 20.13330.2016 [2].
Собственный вес конструкции
; Вес покрытия ; Снеговая нагрузка , ветровая нагрузка по [8].

Результатом статического расчета являются значения усилий и перемещений в схеме:

Рис 2. Значение усилий N от комбинации загружений

Рис 3. Значение перемещений по оси Z от комбинации загружений.

Расчёт элементов выполняется согласно СП [1]. Сечения подбираются исходя из полученных усилий при центральном сжатии и при действии продольной силы с изгибом.

Расчёт на устойчивость элементов сплошного сечения при центральном сжатии силой N и удовлетворяющих требованиям 7.1 [1], следует выполнять по формуле:

,                                                     (1)

где: N – усилие в элементе, кН;

γс =1- коэффициент условий работы, принимается согласно [1];

- коэффициент устойчивости при центральном сжатии, значение которого при следует определять по формуле:

,                                   (2)

Значение коэффициента в формуле (Г.2) следует вычислять по формуле:

 ,                                     (3)

где: - условная гибкость стержня;

=20600 кН/см2;

α и β - коэффициенты, определяемые по таблице 7 [1] в зависимости от типов сечений, α=0,03 и β=0,06.

При значениях для всех типов сечений допускается принимать φ=1,0.

 А – площадь поперечного сечения стержня;

 - расчётное сопротивление стали; так как данная конструкция относится к 2 группе стальных конструкций, то для нее применима сталь С255 по ГОСТ 27772. Согласно приложении В[1] при температуре < -45 С0 расчетное сопротивление стали С255 равно=24,5 кН/см2 (по таблице В.5 для стали толщиной от 2 до 20 мм);

Расчёт на устойчивость стержней следует выполнять с учетом требований 7.3.2[1]. При определении гибкости стержней радиус инерции сечения и расчетную длину следует принимать согласно требованиям 10.3.1 и 10.3.3[1]. 

Расчёт прочность элементов сплошного сечения при действии продольной силы с изгибом. следует выполнять по формуле:

                                               (4)

где - абсолютные значения изгибающего момента при наиболее неблагоприятном сочетании, кНм;

- момент сопротивления сечения относительно оси х;

Составляющие в формуле В.4 аналогичны составляющим в формуле 1.

Все расчёты сводятся в таблицу 1.

Таблица 1 проверка сечений

№ эл

N

A

E

φ

Колонны

818

6004,78

195,281

18,319

24500

20600

1,181

1,062

Капители

813

2107,55

26,389

4,250

24,500

20600

0.818

3,985

814

2158,59

26,389

4,250

24,500

20600

0.818

4,082

815

2061,21

26,389

4,250

24,500

20600

0.818

3,898

Верхний пояс

9

6,152

5,372

2,018

24,500

20600

0,295

0,047

70

11,153

5,372

2,018

24,500

20600

0,295

0,085

182

28,696

12,315

3,468

24,500

20600

0,711

0,134

Нижний пояс

232

792,419

7,972

2,566

24,500

20600

0,508

4,057

300

455,418

5,372

2,018

24,500

20600

0,295

3,460

388

947,111

12,315

3,468

24,500

20600

0,711

3,139

Раскосы

405

232,297

5,372

2,018

24,500

20600

0,295

1,765

434

303,948

7,972

2,566

24,500

20600

0,508

3,065

447

913,703

12,315

3,468

24,500

20600

0,711

4,257

 

В некоторых элементах не обеспечивается несущая способность требуется выполнить переподбор сечений.

Таблица 2 переподбор сечений.

№ эл

N

A

E

φ

Колонны

818

6004,78

211,146

18,284

24500,000

20600

2,184

0,001

 

Капители

813

2107,55

113,910

9,170

24,500

20600

1,072

0,705

814

2158,59

113,910

9,170

24,500

20600

1,072

0,722

815

2061,21

113,910

9,170

24,500

20600

1,072

0,689

Нижний пояс

232

792,419

36,191

5,099

24,500

20600

0,897

0,894

300

455,418

26,389

4,250

24,500

20600

0,818

0,704

388

947,111

40,212

5,664

24,500

20600

0,936

0,961

Раскосы

405

232,297

12,315

3,468

24,500

20600

0,711

0,770

434

303,948

26,389

4,250

24,500

20600

0,818

0,575

447

913,703

40,212

5,664

24,500

20600

0,936

0,991

 

В результате расчета для всех элементов были подобраны сечения, способные нести заданную нагрузку.

 

Литература.

1.     Свод правил СП 16.13330-2017 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*.-М.: 2017, 178с;

2.     СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. М.: Минрегион России, 2011;

3.     Пространственные решетчатые конструкции из труб типа "Кисловодск". Рабочие чертежи

4.     В.И.Трофимов, А.М. Каминский - Легкие металлические конструкции зданий и сооружений. Учебное пособие. -М.: Изд-во АСВ, 2002. - 576с;

5.     Кутухтин Е.Г и др. К 95 Легкие металлические конструкции одноэтажных производственных зданий / Е.Г Кутухтин, В.М. Спиридонов, Ю.Н Хомец. -2е изд., перераб. и доп.- Стройздат, 1988. – 263 с.: ил. – (Справочник проектировщика);

6.     Рекомендации по проектированию структурных конструкций/ Центр. н.-и инт. Им. В.А. Кучеренко. -М.: Стройздат, 1984. -303с; 

7.     Каркасы зданий из легких металлических конструкций и их элементы [Текст] : учеб. пособие для студентов вузов / Л. В. Енджиевский, В. Д. Наделяев, И. Я. Петухова ; Сиб. федерал. ун-т. - Красноярск : ИПК СФУ, 2010. - 247 с. : ил. - Библиогр.: с. 241-244. - 500 экз.. - ISBN 978-5-7638-1907-6 : 74.50 р., 150.00 р., 200.00 р.

8.     Бухвалов Л.С. Особенности расчета пространственных конструкций из труб типа «Кисловодск» по II группе предельных состояний.